BÀI tập THIẾT bị TRAO đổi NHIỆT

BÀI TẬP THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT... Xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị và tổng chiều dài cần thiết của ống... c/ Vẽ sơ đồ phân bố nhiệt độ đồ thị t-F d/ Tính lưu lượng nước nóng

BÀI TẬP THIẾT BỊ

TRAO ĐỔI NHIỆT

2

1 p1 '1 "1 2 p2 "2 '2 1 1 2 2

Q  G c   t  t  G c   t  t  C t   C t 

Phương trình cân bằng nhiệt:

F

Q   k F t   k F t 

'' '

' ''





.

Q  k F t 

Δt - Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa chất lỏng nóng và lạnh

Phương trình truyền nhiệt:

( - )

dQ  k t t dF   k tdF

C1=G1cp1

C2=G2cp2 Nhiệt dung lưu lượng khối lượng

Phương pháp độ chênh nhiệt độ trung bình logarit

t F k t

F k Q

F







 

t k

Q F





- k Hệ số truyền nhiệt, xem là hằng số trên toàn diện tích trao đổi nhiệt F

t



- : độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa lưu chất nóng và lưu chất lạnh

t

 Tính ???

4

 Trường hợp 1: lưu động cùng chiều và lưu động ngược chiều

min max

min max

t

t ln

t t

t





































b a

max

b a

min

t , t

M ax t

t , t

M in t

Trong đó:

Nếu Δtmax/ Δtmin <2 ta cĩ thể xem:

 Trường hợp 2: lưu động phức tạp

tính theo sơ đồ lưu động song song ngược chiều có nhân thêm hệ số hiệu chỉnh t

t



ng

t t

t   

t = f (P; R)- hệ số hiệu chỉnh Tra thông số theo đồ thị biễu diễn các

quan hệ cho sẵn

Trong đó:

'' '

' '

max

1 2

P

t









' ''

'' '

2

2 2

R

t









- Theo sơ đồ ngược chiều

Δtng

6

8

Phương pháp hiệu suất  - NTU

được truyền

nhất lớn

lượng Nhiệt

bị thiết qua

truyền tế

thực lượng

Nhiệt





Hiệu quả truyền nhiệt của thiết bị

 1 2  min2   21 22  min

1 1

1

't

"

t

C 't

't C

"

t 't

C Q

Q





































1 2 max

1 2 min

C , C

M ax C

C , C

M in C

Trong đó:

 2 2 2  2 2

2 p 2

1 1

1 1

1 1

p 1

' t

"

t C

' t

"

t c

G Q

"

t ' t C

"

t ' t c

G Q





























 1 2

min

Hiệu quả truyền nhiệt  là hàm số của những quan hệ sau:

f C NTU

 

min

max

min .

C C

C

k F NTU

C

 







NTU: đơn vị chuyển nhiệt (Number of Transfer Units)

Hàm f: là hàm phụ thuộc sơ đồ chuyển động của chất lỏng

nóng và lạnh trong thiết bị

12

Bài 1 (Bài 12.13): Một thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống, nước chảy trong ống với lưu lượng G2 = 1,2 kg/s, nhiệt độ nước vào t’2 = 20 oC, nhiệt

độ nước ra t’’2 = 80 oC, nhiệt dung riêng của nước cp2 = 4,18 kJ/kgđộ Nước khoáng chảy ngược chiều trong phần hình xuyến giữa 2 vỏ bọc với cp1 = 4,31 kJ/kgđộ Ống trong có đường kính d = 1,5 cm và tương đối mỏng, hệ

số truyền nhiệt k = 640 W/m2K

Xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị và tổng chiều dài cần thiết của ống Biết : G1 = 2 kg/s, t’1 = 160 oC

14

Bài 2: Một bộ sấy không khí bằng khói nóng loại lưu động ngược chiều có các thông số sau:

- Phía khói:

G1 = 9 kg/s; cp1 = 1,1 kJ/kgđộ; t’1 = 300 oC

- Phía không khí:

G2 = 7,35 kg/s; cp2 = 1,01 kJ/kgđộ; t’2 = 30 oC

Tổng diện tích truyền nhiệt F = 160 m2; hệ số k = 40 W/m2độ Hãy tính nhiệt lượng truyền của thiết bị, nhiệt độ ra của khói và không khí

chiều:

- ống nhỏ d = 19/21mm; ống lớn D = 38/42mm

- Dầu nóng chuyển động trong ống nhỏ, nhiệt độ giảm từ t’1 = 280oC đến t’’1 = 160oC, hệ số toả nhiệt 1 = 250W/m2K

- Nước chuyển động bên ngoài ống nhỏ với tốc độ  = 1,5m/s nhiệt độ tăng từ t’2 = 30oC đến t’’2 = 70oC Hãy xác định:

a/ Hệ số toả nhiệt về phía nước 2 Cho phép bỏ qua ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt, tức là (Prf/Prw)0,25 = 1

b/ Hệ số truyền nhiệt k Biết nhiệt trở dẫn nhiệt của vách là Rv = 0,0002m2K/W

c/ Vẽ sơ đồ phân bố nhiệt độ (đồ thị t-F)

d/ Tính lưu lượng nước nóng thu được trong 1giờ và diện tích truyền nhiệt của thiết bị

e/ Hiệu suất thiết bị trao đổi nhiệt

16

Bài 4: Khảo sát thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống, hơi nước bão hoà khô ngưng tụ bên ngoài ống trở thành lỏng sôi, nước giải nhiệt đi bên trong chùm ống

– Hơi nước có lưu lượng Gh; hệ số toả nhiệt đối lưu  = 4500W/m2K, áp suất hơi p = 1,2bar

– Nước giải nhiệt có tổng lưu lượng Gn = 18000kg/h, nhiệt độ nước vào t’2 =

32oC, nhiệt độ nước ra t’’2 = 38oC, tốc độ nước chảy trong ống  = 2m/s, đường kính trong ống dtr = 20mm

– Bỏ qua nhiệt trở vách ống và ảnh hưởng của phương hướng dòng nhiệt

a/ Xác định hệ số truyền nhiệt k của thiết bị

b/ Xác định diện tích truyền nhiệt của thiết bị và chiều dài một ống

c/ Xác định lưu lượng hơi ngưng tụ Gh

Bài 5: Cho thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ bọc chùm ống Hơi nước bão hoà ngưng tụ phía vỏ bọc thành lỏng sôi, nước giải nhiệt đi trong ống

Hơi nước có hệ số toả nhiệt đối lưu h = 8000W/m2K, áp suất ph = 3bar

Nước chảy trong chùm ống có lưu lượng V = 12m3/h, nhiệt độ nước vào t’2 = 30oC, Nước ra t’’2 = 60oC, hệ số toả nhiệt đối lưu của nước n = 6000W/m2K

Bỏ qua nhiệt trở vách ống

a/ Xác định diện tích trao đổi nhiệt cần thiết F

b/ Theo thời gian, thành ống về phía nước bị bám cáu làm giảm hệ số truyền nhiệt nên nhiệt độ nước ra chỉ đạt 55oC Các thông số khác không thay đổi

Hãy xác định chiều dày lớp cáu, biết hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu c = 0,15W/mK